Hogar del equipo de fútbol más famoso del planeta, este icónico coliseo moderno es una maravilla arquitectónica y geotécnica.
El Dr. Gregory y el equipo de revisión utilizaron por primera vez métodos clásicos para cumplir con los estrictos criterios de diseño de cimientos de arco de deflexión máxima de 1.2 cm. Cuando, más adelante, el reto de diseño volvió a examinarse con PLAXIS, se obtuvieron resultados precisos en una fracción del tiempo.
Dicen que “en Texas, todo es más grande”, y el estadio de los Dallas Cowboys no es la excepción. Ahora llamado AT&T Stadium, es el recinto cubierto más grande del mundo con capacidad para hasta 100 000 aficionados.
A fin de brindarle al público una visión clara de 360 grados, dos arcos gemelos gigantes, que se extienden más allá de la longitud del estadio, sostienen el techo retráctil. Ambos se elevan a 91 m sobre el campo de juego con una longitud total de casi 396 m.
“Uno de los aspectos más desafiantes de ingeniería fue crear los cimientos para anclar los arcos”, afirma el Dr. Garry H. Gregory, de Gregory Geotechnical (GREGEO) con sede en Stillwater, Oklahoma, EE. UU.
Con más de 50 años de experiencia en ingeniería civil/geotécnica y gestión de la construcción, el Dr. Gregory ayudó a resolver retos de diseño y construcción en una innumerable cantidad de proyectos de infraestructura complejos.
Cada arco de acero del estadio pesa más de 3000 toneladas y distribuye alrededor de 8 millones de kg de empuje en cada uno de los cuatro enormes cimientos subterráneos.
Los criterios de diseño eran estrictos (una deflexión máxima que no supere los 1.2 cm) y el suelo presentaba variaciones en cada punto de entrada de los cimientos del arco, lo que aumentaba la complejidad.
El Dr. Gregory, junto con el Sr. Clyde Baker y el equipo de diseño del proyecto, conformado por consultores geotécnicos y estructurales especialistas, fueron convocados para definir una solución sólida dentro de estos parámetros estrictos.
Más adelante, Gregory “volvió a visitar” su diseño original de cimientos utilizando PLAXIS a fin de comparar cómo se apilaban sus métodos clásicos de mecánica del suelo.
El innovador software de modelado 2D y 3D le permite diseñar y realizar análisis avanzados de elementos finitos de deformación de suelos y rocas.
“Fue muy reconfortante descubrir una coincidencia casi idéntica entre PLAXIS y nuestro diseño original”, menciona.
Los cimientos de los gigantescos arcos gemelos de acero se diseñaron específicamente para el techo retráctil del estadio.
(Crédito de la imagen: GREGEO)
Resolver un reto descomunal de ingeniería para crear una estructura descomunal
En 2009, los Dallas Cowboys iniciaron su primera temporada en el nuevo estadio de Arlington, Texas. La construcción había comenzado en mayo de 2006 y tardó más de tres años en completarse; el costo fue de 1400 millones de dólares.
El techo de cúpula de un solo vano tiene una sección retráctil que, cuando el clima decide que también quiere jugar, se abre en 12 minutos.
Sin embargo, esta atractiva característica arquitectónica fue lo que también hizo que el diseño de los cimientos del arco fuera un dolor de cabeza.
“La baja tolerancia de deflexión combinada con el gran empuje lateral del techo nos dejó poca libertad de acción”, explica Gregory.
Las posibles soluciones que se pensaron en un principio incluyeron grandes grupos de ejes perforados o taladrados, grupos de micropilotes o cimientos de grandes bloques.
Sin embargo, se determinó que estas soluciones eran inaceptables debido que suponían grandes desviaciones o dificultades de construcción extremas, como una deshidratación extensa.
“Nuestro equipo geotécnico utilizó métodos clásicos de mecánica de suelos, pruebas de sacrificio de carga de paneles de sacrificio y el método de observación para cumplir mejor con los criterios de deflexión”, menciona.
Después de eliminar numerosas opciones, se decidieron por los cimientos con muro pantalla colocados con lechada.
“Cada extremo de ambos arcos se conecta a una base en forma de caja que se encuentra a unos 21 m bajo tierra”, explica Gregory. “Y han tenido un buen desempeño (menos de 0.63 cm de deflexión) durante el período de control a partir de su finalización a fines de 2008”.
Los arcos están anclados por enormes bloques de reacción, construidos sobre cimientos encajonados bajo tierra.
(Crédito de la imagen: GREGEO)
Digitalice los retos geotécnicos. Ejecute múltiples escenarios a gran velocidad.
A principios de 2008, el Dr. Gregory pasó de tener un negocio de ingeniería geotécnica tradicional a formar parte de las Juntas de Revisión Técnica, realizar revisiones por pares y brindar consultoría general sobre proyectos complejos o especializados.
Su tenacidad en el ámbito de la ingeniería inspiró el estudio comparativo de 2013 del diseño original de los cimientos del arco; esta vez, lo llevó a cabo mediante el análisis del método de elementos finitos (finite element method, FEM) en PLAXIS.
Como parte integral de la cartera geotécnica de Seequent, este innovador software 2D y 3D puede calcular múltiples conjuntos de datos con facilidad.
“Pensamos que nuestro estudio podría ser útil para los ingenieros geotécnicos al tener en cuenta los métodos de análisis para futuros sistemas de cimientos complejos”, dice Gregory.
Gregory recomienda enfáticamente el uso de diversos tipos de software para comprobar la deformación crítica del suelo, la estabilidad de la pendiente o los retos que supone el flujo de agua en todos los proyectos.
“Lo que nos llamó la atención de PLAXIS es la rapidez con la que pudimos ejecutar todos nuestros parámetros originales de diseño de cimientos de arco para contemplar múltiples escenarios”, afirma.
Francisco Diego, director de Gestión de Productos y Análisis Geotécnico de Seequent, explica: “Nuestro software le permite resolver un problema geotécnico con mayor rapidez que los métodos tradicionales, como resolver fórmulas que antes resolvía a mano desde una hoja de cálculo de Excel”.
“Lo que podría haberle llevado tres días, una semana o un mes, se puede calcular en cuestión de horas”, afirma Diego. “Y le permite evaluar fácilmente diferentes condiciones o múltiples escenarios”.
Construcción de muros clavados en el suelo para sostener una excavación de 15 m de profundidad
(Crédito de la imagen: GREGEO)
Supere los retos de diseño que suponen los proyectos de infraestructura complejos
Otro reto de ingeniería que surgió al diseñar los cimientos del arco fue abrir el techo retráctil.
Los tres mecanismos de resistencia de carga (corte lateral, corte de base y resistencia final pasiva) deben movilizarse al mismo tiempo.
“Con nuestro método original de mecánica de suelos clásica, no podíamos modelar eso directamente”, dice Gregory.
“En su lugar, tuvimos que calcular cada mecanismo de resistencia y aplicar factores de seguridad basados en el juicio y la experiencia de ingeniería para lograr la movilización simultánea de cada uno”.
Todos estos aspectos son fundamentales para lograr los requisitos de diseño para cumplir con el criterio de deflexión máxima de 1.2 cm.
“Hubiera sido maravilloso tener PLAXIS en nuestra caja de herramientas en el momento en que realizamos el análisis original”, explica Gregory.
“Hubiera tenido en cuenta cada mecanismo de manera fácil y sin problemas para ayudarnos a comprender mejor la resistencia de desarrollo”.
“Y, de hecho, podríamos haber sido menos conservadores con él; eso es lo que demostró la revisión de nuestro diseño con PLAXIS”, afirma.
Diego entiende que los ingenieros geotécnicos quieren tener la libertad de concentrarse en el problema en cuestión, en lugar de dudar de la precisión del programa.
“Los ingenieros tienen la tranquilidad de saber que PLAXIS ofrece resultados rápidos y precisos y de poder concentrarse en resolver mejor las diferentes complejidades de sus proyectos”.
PLAXIS le permite diseñar y realizar análisis avanzados de elementos finitos de deformación de suelos y rocas.
(Crédito de la imagen: GREGEO)
Conectar el mundo construido arriba con el mundo oculto de abajo
“¡Guau!” fue la respuesta de Diego cuando Gregory explicó que el estadio de los Dallas Cowboys es como un iceberg con una gran parte de la estructura construida bajo tierra.
“Si esta imponente estructura se hubiera construido por encima del suelo, habría sido demasiado alta para lo que permiten los códigos en este entorno tan urbanizado”, explica Gregory.
Los ingenieros geotécnicos saben que comprender las condiciones del subsuelo es fundamental para reducir el riesgo por encima.
“A menos que esté construyendo la Estación Espacial Internacional, todas las estructuras en esta tierra se basan en una comprensión clara del comportamiento del suelo para soportar las cargas impuestas”, dice Diego.
“Debe asegurarse de que la deformación o los desplazamientos del suelo sean aceptables, que podría ser de 50 o 100 años, según el diseño”, indica.
“Es extremadamente importante comprender lo siguiente: no solo estamos hablando de estabilidad, sino también de resiliencia y seguridad, por ejemplo, ante un terremoto”.
Al utilizar PLAXIS, como parte de un flujo de trabajo geotécnico conectado, los ingenieros pueden tomar decisiones informadas, minimizar errores y optimizar la eficiencia del proceso de diseño y construcción.
Esto es especialmente importante para proyectos a gran escala que están expuestos a condiciones subterráneas complejas.
El Dr. Gregory termina con la siguiente frase: “Esperamos que al lograr una coincidencia precisa entre de los resultados de nuestro análisis de seguimiento PLAXIS y nuestro diseño original podamos hacer frente a una amplia gama de retos de ingeniería geotécnica y estructural y repercutir positivamente en futuros proyectos complejos de infraestructura”.
En 2009, el estadio de los Dallas Cowboys (ahora AT&T) en Arlington, Texas, se acerca a su finalización.
(Crédito de la imagen: GREGEO)
Lea el artículo del Dr. Garry Gregory aquí